JPH02201833A - 真空インタラプタ用磁気駆動型電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 人、　産業上の利用分野 本発明は、アークを磁気回転駆動してしゃ断する真空イ
ンタラプタ用磁気駆動型電極に関する。

Ｂ　発明の概要 本発明は、磁気駆動型の真空インタラプタ用電極におい
て、接触面とリード棒との間に形成されろ電流路におけ
ろ電流成分のうち、接触面に直交する方向の電流成分が
接触面に平行なものより大きくなるように接触部、アー
ク部、リード棒を接続構成し、さらに、接触部の接触面
とアーク部の表面とを連続した面とすると共に、アーク
部に設けたスパイラル溝の内端を接触部の背部まで延ば
し、もってしゃ断時の金属蒸気によるアークの自己拡散
力によってアークを接触部からアーク部へ移動し、アー
ク部においてアークを回転移動させてしゃ断するように
したものである。

Ｃ１従来の技術 一般に、真空インタラプタは、第８図に示すように、真
空容器１内に、固定電極２を有する固定リード棒３と可
動１１極４を有し上下動可能な可動リード棒５とを内装
して構成されろ。図中、６は可動リード棒５を可動とし
ているベローズ、７は真空容器１内周をおおっているシ
ールドである。

このような真空インタラプタの電極２，４には、大電流
しゃ断簡力特性、低さい断電流値特性、高耐電圧値特性
など種々の電気的特性が要求される。

しかしながら、これらの緒特性は相反する性質のもので
あるので、すべてを同時に達成することは難しい。した
がって、従来より、真空インタラプタの用途に応じてい
ずれかの特性を重視して電極材料を選択したり、特殊な
電極構造を採用したりしている。

このような状況のもと、同じ電極径でより電流しゃ断性
能を向上させるための代表例として、磁気駆動型の電極
が知られている。

磁気駆動型の電極の一例を第５図、第６図に示す。図に
示すように、この電極８は、複数のスパイラル溝９を備
火たアーク部１０の一方の面側中央部に接触部１１を設
け、アーク部１０の他方の面側にリード棒１２を接続す
る構造となっており、磁気駆動力によりアークを外周方
向に駆動し、電極の極部的な加熱を防止することによっ
て、しゃ断限界の増大を図るものである。

しかして、この電極８は、アークを回転させることを目
ざしたものであるから、発生したアークが停滞すること
なく、電流ゼロ点をむかえるまで動いているように覆々
の試みがなされている。

つまり、アーク１３は、第５図中の■で発生した後、ア
ークペダル１０ａ上を■、■。

■のように移動する。この際に、アーク１３は、次々に
発生するアークを集めてアーク柱１３′となって回転す
ることになる。

アーク１３の駆動力となるのは、第６図における、電極
８の半径方向に生じる電流Ｉｈの成分に基因する電極部
に生じるコ字状の電流路による磁気力Ｆである。

したがって、従来は、 ■　磁気力Ｆが大きく生じるように、 ａ：　リード棒１２の直径に比較して接触部１１の内径
を大きくする、 ｂ：　リード棒１２の上部に高抵抗材料（ＳＵＳｍ）か
らなるいわゆるブローアウトリング１４を設けろ、 Ｃ：スパイラル溝９の内端部を第５図中９ａで示す如く
接触部１１の下まで伸ばしてアークペダル１０ａを長く
する、 といった手段をとっており、また、 ■　アークの回転移動のために、 ａ：アークペダル１０ａの先端を第５図中１０ｂで示す
ように長くして、アークが隣接ペダルに移動しやすくす
る、 ｂ；周辺のアークペダルドとの間隙寸法を考慮する、 といった手段をとっている。

Ｄ、　発明が解決しようとする課題 上記のような手段をとる従来の電極における思想は、発
生したアーク１３にすばやくいわゆるコ字力による磁気
駆動力を作用させるようにしたものである。したがって
、アーク１３の動きは、前述したように一点で発生した
アーク１３が成長し、次々に発生したアークを集めて大
きなアーク柱１３′となって回転する如くなる。

しかし、アークが回転するといっても、アークには電極
外周方向に向かう磁気駆動力が作用していることから、
アークの回転移動はｍ１ｍ表面の一部のみで終了してし
まい、電極全表面が有効に利用されない。

したがって、電極径に見合ったしゃ断性能が得られず、
また、前述のように、■スパイラル溝９を長くする、■
アークペダル１０を長くする、■ブローアウトリング１
４を設ける等の手段をとっても性能の向上には限界があ
り、特に■、■の手段では、耐久性が低下するという別
の問題が発生してしまう。

第７図には従来の電極における電極径と電流しゃ断性能
との関係を示しである。図には、併せて縦磁界印加型の
Ｓ極についても示しである。図かられかるように、磁気
駆動型の電極では、電極径がある寸法以上になると、し
ゃ断性能の向上は望めない。

また、特に、しゃ断電流が５０ｋＡ以上になると、アー
クエネルギが大きくなるため、磁気駆動力のみではアー
クの局所的集中が防止できず、ｍ極径が１１０〜１２０
ｍｍ以上ではほとんどしゃ断性能は上がらない。

さらに、定格電圧が１２ｋＶ程度の真空インクラブタに
おいては、外部配線との距離（第８図中に「ｌ」で示す
）は２５０〜３５０諭程度であり、電磁力の値は約２０
　Ｇａｕｓｓ／　ｋ　Ａ　−ｒｒｔｒａ　（磁束密度／
電流・アーク長）、磁気駆動力Ｆは１０ｇｆ／ｋＡ−Ｉ
ＩＩ１１程度であるため、特にアークがアークペダル１
０ａの外周付近（第５図に示した■の位置）に位置する
場合には、円周方向へアークが移動しにくくなり、しゃ
断性能が低下する。

上記のように、外方向の磁気駆動力によるしゃ断性能の
向上には限界があったので、本件発明者らは原点に帰す
、シゃ断時に発生する金属蒸気の自己拡散力にて発生し
たアークを接触部からアーク部に移動させることができ
ないか試みた。

すなわち、外方向の磁気駆動力が極力小さくなるように
電極を構成してみたのである。

具体的には、リード棒と接触部の接触面との間の電流路
が、接触面に直交するもの（第９図中ので示す）が大半
となるように接触部、アーク部、リード棒を接続構成し
て、接触面と平行となる方向の成分（第９図中Ｏで示す
）が極力少なくなるように配慮したのである。

この電極を用いて真空インタラプタを組み立てて、その
しゃ断性能を試験したところ、電流しゃ断性能が１０〜
３０％向上する結果が得られた。しかも、試験後のもの
を分解して電極表面を観察したところ、局部的なエロー
ジョンはなく、電極表面はぼ全体にアークの痕跡が見ら
れた（従来のものでは、局部的なエロージョンであった
）。これから、電極表面全体が有効利用されていること
が判った。

また、真空インタラプタのシールド内壁面のよごれ、パ
リの発生も少なかった。これは、しゃ断後の耐圧低下防
止が図れ、その結果、大電流しゃ断回数の増加が期待で
きることを示している。

したがって、発生したアークを従来の如く強制的に外方
向向きの磁気力によって駆動させるのではなく、自然発
生の自己拡散力によってアークを接触部からアーク部に
移動させろことにより、良好な結果が得られろことが判
った。

なお、アークを自己拡散力によって接触部からアーク部
に円滑に移動させるためには、接触面、アーク部表面間
に切れ目等がないことが必要である。接触面とアーク部
表面との境目に微小ギャップがあったり、ろう付けによ
るろうがはみ出していたりすると、その部分でアークが
停滞し、電極を溶融させてしまうからである。

したがって、アーク部、接続部、リード棒を前述の如く
接続構成することに加えて、接触部の接触面とアーク部
表面とを連続した面とし、さらにアークを導くべくアー
ク部のスパイラル溝の内端を接触部側まで延ばすことが
有効である。

Ｅ　課題を解決するための手段 上記知見に基づき、本発明では、 複数のスパイラル溝を有するアーク部の一方の面の中央
部にリング状の接触面を具備する接触部を設け、他方の
面の中央部にリード棒を接続してなる真空インタラプタ
用磁気駆動型＊ｔＷｉにおいて、 少なくとも通電時において前記接触部の接触面と前記リ
ード棒との間に形成される電流路における電流成分を、
接触面に直交する方向の成分をＩｖ、接触面に平行する
方向の成分をＩｈとしたとき、Ｉｖ＞Ｉｈとなるように
前記接触部、アーク部、リード棒を接続構成し、 さらに、前記接触部の接触面と前記アーク部の表面とを
連続面とすると共に、前記アーク部に設けたスパイラル
溝の内端を前記接触部の背部まで延ばしたのである。

なお、前記接触部はクロム、銅を主成分とした材料から
なり、例えばＣｕ−Ｃｒ−Ｍｏの複合金属が採用される
。

また、前記アーク部は磁性材料と銅を主成分とした材料
からなり、Ｆｅ−Ｃｒや磁性ステンレス鋼−Ｃｕの複合
金属が採用される。

Ｆ　　作　　　　　用 上記真空インタラプタ用電極では、電流のしゃ断時、ア
ーク集中を起こすことなく、発生した金属蒸気の自己拡
散力によって発生缶アークは接触部からアーク部へと移
動し、アーク部において各アークは全体回転するので、
電極面を有効に利用してしゃ断が行なわれる。

Ｇ、実施例 第１図、第２図には本発明の一実施例に係る真空インタ
ラプタ用電極の平面とその■−■矢視断面を示しである
。

当該電極のアーク部３０は複数のスパイラル溝２９を有
する。アーク部３０の表面側の中央部にはリング状の接
触面３１ａを有する接触部３１をろう付けにより結合す
る。アーク部３０のスパイラルｌＩ２９は接触部３１の
背部側にまで及んでいる。

アーク部３０の裏面側の中央部にはり−ド棒３２をろう
付けにより接合する。このリード棒３２の外径と前記接
触部３１の外径とはほぼ等しいものとされている。こう
することによって、少なくとも通電時においては、接触
面３１ａに直交する方向の電流路が大きく確保されろ。

アーク部３０と接触部３１とは前述の如くろう付けによ
り結合されるが、両者をろう付は結合した後、接触面３
１ａとアーク部表面３０ａとを連続した面とすべく８１
城加工が施される。接触面３１ａとアーク部表面３０ａ
とを連続した面とすることにより、接触面３１ａからア
ーク部表面３０ａへのアークの移動が円滑に行なわれる
ようになる。

なお、本電極では、アーク部３０の裏面に、ステンレス
、インコネル等製の補強板３５を設けである。

本実施例において、接触部３１は外径４０ｍｍ、内径２
０間で、Ｍ　ｏ　−Ｃｒの多孔質焼結体にｃｕｊｅｉｌ
浸して形成される。

アーク部３０は外径８０間、スパイラル溝の数（＝アー
クペダル３０ｂの数）は１２、スパイラル溝２９の幅は
４　ｍｎで、Ｆｅ、Ｃｒの多孔質焼結体にＣｕ８溶浸し
たＣｕ　（５０％）Ｆｅ（４２％）−Ｃｒ（８％）の成
分からなる材料にて形成される。

上記構成の電極を第３図に示すように、固定電極３３、
可動電極３４として真空インタラプタを構成し、電極径
を変えて電流しゃ断性能について試験した結果を第４図
に示す。

第３図において、真空インタラプタの構成部材は第８図
に示したものと同じであり、同一部材は同一符号で示し
である。なお、試験の条件は、電圧１２ｋＶ、電極間ギ
ャップ１２ｍｍである。

通電時及ｑ開極Ｍ１＆　（アークが接触面３１ａ上に存
在する間）においては、リード棒３２と接触面３１ａと
の間の電流路が、接触面３１．　ａに直交するもの（第
２図、第９図中ので示す）が大半（Ｉｖ＞Ｉｈ）となる
ので、しゃ断時に生ずる金属蒸気の自己拡散力によって
、ア−りは放射方向に広がって、接触部からアーク部へ
移動し、アーク部におけるスパイラル溝の作用によって
回転移動し、消弧する。また、接触面３１ａとアーク部
表面３０ａとが連続した面どなっており、アークの停滞
原因となるようなものがないので、接触面３１．　ａか
らアーク部表面３０ａへのア・−りの移動は円滑に行な
われる。第１図においで、アークの移動を説明的に矢印
Ａで示しである。

試験の結果、本発明の電極を用いた真空インタラプタに
おけるしゃ断性能（第４図中ｏ　−−−ｏで示す）は従
来品のもの（第４図中×−×で示す）より谷径において
１０〜３０％良好であり、しかも１２０鴫の大径のもの
においても、極めて良好な結果が得られた。

Ｉｔ　　発明の効果 本発明に係る磁気駆動型の真空インタラプタ用電極は、
少なくとも通電時においては、接触部の接触面とり一ド
棒との間に形成され電流路におけろ電流成分を、接触面
に直交する方向の成分を１ｖ、接触面に平行する方向の
成分をＩｈどしたとき、Ｉｖ＞Ｔｈとなるように接触部
、アーク部、リード棒を接続構成し、さらに、接触部の
接触面とアーク部表面とを連続した面とすると共に、ア
ーク部に設けたスパイラル溝の内端を接触部の背部まで
延ばして、電流しゃ断時に発生する金属蒸気の自己拡散
力によってアークが接触部からアーク部へ移動し、アー
ク部において全体回転して消弧するようにしたので、し
ゃ断性能が向上し、電極面を有効に利用できることから
電極径の小型化、ひいては真空インタラプタの小型化が
達成できる。また、シールドのよごれ及びパリの発生が
抑えられることから、耐電圧の向上、大電流しゃ断回数
の増大が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る真空インタラプタ用電
極の平面図、第２図ｔよその■−■矢視断面図、第３図
は実施例に係る電極を備えた真空インタラプタの縦断面
図、第４図は電極径としゃ断性能との関係を示すグラフ
、第５図は従来の磁気駆動型電極の平面図、第６図はそ
の■−■矢視断面図、第７図は従来の電極の電極径とし
ゃ断性能との関係を示すグラフ、第８図は真空インタラ
プタの概略図、第９図は電流路の説明図である。 図　　面　　中、 ２９はスパイラル溝、 ３０はアーク部、 ３０ａはアーク部の表面、 ３１は接触部、 ３１ａは接触面、 ３２はリード棒である。 第１図 実施例に係る電極の平面図 第２図 第１区のＩ−Ｉ［線に沿う断面口 、二 昆 第７ 図 電極径と電流しゃ断性能との関係 第８ 図 真空インタラプタの概略構成図 第９ 図 電流路の説明図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のスパイラル溝を有するアーク部の一方の面の中央
   部にリング状の接触面を具備する接触部を設け、他方の
   面の中央部にリード棒を接続してなる真空インタラプタ
   用磁気駆動型電極において、 少なくとも通電時において前記接触部の接触面と前記リ
   ード棒との間に形成される電流路における電流成分を、
   接触面に直交する方向の成分をＩｖ、接触面に平行する
   方向の成分をＩｈとしたとき、Ｉｖ＞Ｉｈとなるように
   前記接触部、アーク部、リード棒を接続構成し、 さらに、前記接触部の接触面と前記アーク部の表面とを
   連続面とすると共に、前記アーク部に設けたスパイラル
   溝の内端を前記接触部の背部まで延ばしたことを特徴と
   する真空インタラプタ用磁気駆動型電極。